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2022年,我国祝融号火星车发现火星水活动迹象。科学家发现火星上有水的存在,那水的组成和结构到底是怎样的呢? 我们能否沿着拉瓦锡的思路来研究水的组成?
【知识回顾】著名化学家拉瓦锡用如图装置研究了空气的组成,请完成下列问题。
(1)整个研究过程涉及的两个化学反应的文字表达式分别是
(2)请你猜测拉瓦锡验证氧化汞分解的产物中有氧气的方法是
2022年,我国祝融号火星车发现火星水活动迹象。科学家发现火星上有水的存在,那水的组成和结构到底是怎样的呢? 我们能否沿着拉瓦锡的思路来研究水的组成?
【知识回顾】著名化学家拉瓦锡用如图装置研究了空气的组成,请完成下列问题。
(1)整个研究过程涉及的两个化学反应的文字表达式分别是
汞+氧气$\xrightarrow{加热}$氧化汞
、氧化汞$\xrightarrow{加热}$汞+氧气
。(2)请你猜测拉瓦锡验证氧化汞分解的产物中有氧气的方法是
将带火星的木条伸入容器中,若木条复燃,证明产物中有氧气
。答案
(1)汞+氧气$\xrightarrow{加热}$氧化汞；氧化汞$\xrightarrow{加热}$汞+氧气
(2)将带火星的木条伸入容器中,若木条复燃,证明产物中有氧气
(2)将带火星的木条伸入容器中,若木条复燃,证明产物中有氧气
任务一 从氢气的燃烧探究水的组成
“合”法验证（用化合反应探究物质组成）
1.氢气的物理性质。
| 颜色 | 气味 | 密度 | 是否溶于水 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 无色 | 无臭 | 比空气的密度 | |
2.氢气的验纯。
(1)原因:氢气中混有一定量的,遇明火时可能会发生爆炸。
(2)方法。
发出 →气体不纯
声音 →气体较纯
3.氢气的燃烧实验。
(1)实验现象。
手摸烧杯感到
烧杯内壁上有
火焰呈
(2)反应的文字表达式:。
(3)实验结论:水是由组成的。
[思路与方法]
干燥的烧杯
$\ce{H_{2}}$
→ 基于证据的推理
现象（证据） | 说明（结论）
发出淡蓝色火焰 → 可以燃烧
烧杯内壁有无色液滴 → 生成水
手摸烧杯感到热 → 放出热量
任务二 从水的电解探究水的组成
“分”法探究（用分解反应探究物质组成）
探究一:探究水的元素组成
[提出问题]水是由哪些元素组成的?使水分解可能的方法有。
[作出猜想]水在通电的条件下(填“能”或“不能”)发生化学反应。
[设计实验]利用电解器,给水电通入直流电。
[进行实验]
(1)观察现象:在电解器玻璃管里加满水,接通直流电源,观察并记录玻璃管内的现象。
| 现象 | 与电源正极相连的玻璃管内 | 与电源负极相连的玻璃管内 |
| ---- | ---- | ---- |
| | 有气泡产生,且产生气泡 | 有气泡产生,且产生气泡 |
| 比较两个玻璃管内现象的差异 | μlticolumn{2}{c}{负极产生气体的体积约是正极的倍} |
(2)检验气体:切断上述装置中的电源,用燃着的木条分别在两个玻璃管尖嘴口检验电解反应中产生的气体,观察并记录实验现象。
| 实验内容 | 检验与电源正极相连的玻璃管内的气体 | 检验与电源负极相连的玻璃管内的气体 |
| ---- | ---- | ---- |
| 现象 | 燃着的木条燃烧 | 气体能 |
| 解释 | 正极产生的气体是 | 负极产生的气体是 |
(3)实验分析:氢气是由氢元素组成的,氧气是由氧元素组成的,根据化学反应前后元素的种类不变,可推断水不是由一种元素组成的,而是由组成的。
(4)实验结论。
①水在通电的条件下,发生了分解反应,生成了氢气和氧气,其文字表达式是。
②水由氢元素和氧元素组成。
探究二:探究水分子的构成
[提出问题]已知每个氢分子由2个氢原子构成,每个氧分子由2个氧原子构成。水电解时水分子分裂成氢原子和氧原子,原子重新组合成新的分子,因此原子是化学变化中的最小粒子。究竟由几个氢、氧原子组合成一个水分子呢?
[查阅资料]
资料1:同温同压下,气体的体积比等于分子个数比。
资料2:2体积氢气和1体积氧气经电火花引燃后,可生成2体积水蒸气。
[微观过程]结合实验现象和资料,尝试推断水分子的构成,并用微观示意图的形式,画出推导过程。
[定量分析]电解水时产生的氢气和氧气的体积比为2:1,说明生成氢气和氧气的分子个数比是。氢气和氧气的分子都是双原子分子,所以可推测1个水分子中氢、氧原子的个数比为。
[实验结论]1个水分子由构成。
[实验拓展]计算水分子的构成
已知电解水得到$\ce{H_{2}}$和$\ce{O_{2}}$的体积比为2:1,其密度(标准状况下)分别为0.09 g/L和1.43 g/L,则:
(1)水中氢、氧元素的质量比是多少?
(2)水分子中氢、氧原子的个数比是多少?
(3)写出水分子的化学式:。
[思路与方法]
确定水(物质)的组成和结构的方法
| “合”法 | $\mathrm{物质甲} + \mathrm{物质乙} \xrightarrow{化合} \mathrm{物质丙} \xrightarrow{分解} \mathrm{物质甲} + \mathrm{物质乙}$ | “分”法 |
| ---- | ---- | ---- |
| | $\mathrm{氢气} + \mathrm{氧气} \xrightarrow{点燃} \mathrm{水} \xrightarrow{通电} \mathrm{氢气} + \mathrm{氧气}$ | |
| | $\ce{H_{2}} \quad \ce{O_{2}} \quad \ce{H_{2}O} \quad \ce{H_{2}} \quad \ce{O_{2}}$ | |
| 宏观 | 气体体积比 $2 : 1$ | $2 : 1$ |
| 微观 | 分子个数比 $2 : 1$ | $2 : 1$ |
| 定性 | 水是由氢元素和氧元素组成的 | 1个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的 | 定量 |
“合”法验证（用化合反应探究物质组成）
1.氢气的物理性质。
| 颜色 | 气味 | 密度 | 是否溶于水 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 无色 | 无臭 | 比空气的密度 | |
2.氢气的验纯。
(1)原因:氢气中混有一定量的,遇明火时可能会发生爆炸。
(2)方法。
发出 →气体不纯
声音 →气体较纯
3.氢气的燃烧实验。
(1)实验现象。
手摸烧杯感到
烧杯内壁上有
火焰呈
(2)反应的文字表达式:。
(3)实验结论:水是由组成的。
[思路与方法]
干燥的烧杯
$\ce{H_{2}}$
→ 基于证据的推理
现象（证据） | 说明（结论）
发出淡蓝色火焰 → 可以燃烧
烧杯内壁有无色液滴 → 生成水
手摸烧杯感到热 → 放出热量
任务二 从水的电解探究水的组成
“分”法探究（用分解反应探究物质组成）
探究一:探究水的元素组成
[提出问题]水是由哪些元素组成的?使水分解可能的方法有。
[作出猜想]水在通电的条件下(填“能”或“不能”)发生化学反应。
[设计实验]利用电解器,给水电通入直流电。
[进行实验]
(1)观察现象:在电解器玻璃管里加满水,接通直流电源,观察并记录玻璃管内的现象。
| 现象 | 与电源正极相连的玻璃管内 | 与电源负极相连的玻璃管内 |
| ---- | ---- | ---- |
| | 有气泡产生,且产生气泡 | 有气泡产生,且产生气泡 |
| 比较两个玻璃管内现象的差异 | μlticolumn{2}{c}{负极产生气体的体积约是正极的倍} |
(2)检验气体:切断上述装置中的电源,用燃着的木条分别在两个玻璃管尖嘴口检验电解反应中产生的气体,观察并记录实验现象。
| 实验内容 | 检验与电源正极相连的玻璃管内的气体 | 检验与电源负极相连的玻璃管内的气体 |
| ---- | ---- | ---- |
| 现象 | 燃着的木条燃烧 | 气体能 |
| 解释 | 正极产生的气体是 | 负极产生的气体是 |
(3)实验分析:氢气是由氢元素组成的,氧气是由氧元素组成的,根据化学反应前后元素的种类不变,可推断水不是由一种元素组成的,而是由组成的。
(4)实验结论。
①水在通电的条件下,发生了分解反应,生成了氢气和氧气,其文字表达式是。
②水由氢元素和氧元素组成。
探究二:探究水分子的构成
[提出问题]已知每个氢分子由2个氢原子构成,每个氧分子由2个氧原子构成。水电解时水分子分裂成氢原子和氧原子,原子重新组合成新的分子,因此原子是化学变化中的最小粒子。究竟由几个氢、氧原子组合成一个水分子呢?
[查阅资料]
资料1:同温同压下,气体的体积比等于分子个数比。
资料2:2体积氢气和1体积氧气经电火花引燃后,可生成2体积水蒸气。
[微观过程]结合实验现象和资料,尝试推断水分子的构成,并用微观示意图的形式,画出推导过程。
[定量分析]电解水时产生的氢气和氧气的体积比为2:1,说明生成氢气和氧气的分子个数比是。氢气和氧气的分子都是双原子分子,所以可推测1个水分子中氢、氧原子的个数比为。
[实验结论]1个水分子由构成。
[实验拓展]计算水分子的构成
已知电解水得到$\ce{H_{2}}$和$\ce{O_{2}}$的体积比为2:1,其密度(标准状况下)分别为0.09 g/L和1.43 g/L,则:
(1)水中氢、氧元素的质量比是多少?
(2)水分子中氢、氧原子的个数比是多少?
(3)写出水分子的化学式:。
[思路与方法]
确定水(物质)的组成和结构的方法
| “合”法 | $\mathrm{物质甲} + \mathrm{物质乙} \xrightarrow{化合} \mathrm{物质丙} \xrightarrow{分解} \mathrm{物质甲} + \mathrm{物质乙}$ | “分”法 |
| ---- | ---- | ---- |
| | $\mathrm{氢气} + \mathrm{氧气} \xrightarrow{点燃} \mathrm{水} \xrightarrow{通电} \mathrm{氢气} + \mathrm{氧气}$ | |
| | $\ce{H_{2}} \quad \ce{O_{2}} \quad \ce{H_{2}O} \quad \ce{H_{2}} \quad \ce{O_{2}}$ | |
| 宏观 | 气体体积比 $2 : 1$ | $2 : 1$ |
| 微观 | 分子个数比 $2 : 1$ | $2 : 1$ |
| 定性 | 水是由氢元素和氧元素组成的 | 1个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的 | 定量 |
答案
1. 小；难溶于水
2.(1)空气或氧气 (2)尖锐的爆鸣声；很小
3.(1)热；无色液滴；淡蓝色
(2)氢气+氧气$\xrightarrow{点燃}$水 (3)氢、氧两种元素
探究一
[提出问题]加热、通电等
[作出猜想]能
[进行实验](1)较慢；较快；2
(2)更旺；燃烧,产生淡蓝色火焰；氧气；氢气
(3)氢、氧两种元素
(4)①水$\xrightarrow{通电}$氢气+氧气
探究二
[微观过程]
[定量分析]2:1；2:1
[实验结论]2个氢原子和1个氧原子
[实验拓展](1)水中氢、氧元素的质量比为$m(\ce{H}):m(\ce{O})=(2\ \mathrm{L}×0.09\ \mathrm{g/L}):(1\ \mathrm{L}×1.43\ \mathrm{g/L})≈1:8$。
(2)水分子中氢、氧原子的个数比为$N(\ce{H}):N(\ce{O})=\frac{1}{1}:\frac{8}{16}=2:1$。
(3)$\ce{H_{2}O}$
